本發(fā)明涉及一種DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙控制的裝置及方法，屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
DLP光固化3D打印技術(shù)是采用數(shù)字光處理(DLP)技術(shù)，利用投影機(jī)逐層固化液態(tài)樹脂制造實(shí)體零件的技術(shù)。該技術(shù)可快速的制造出非常精細(xì)的零件。在諸多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，如工業(yè)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，快速模具制造，醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面。
DLP光固化3D打印機(jī)工作時(shí)，固化后的樹脂粘附在基座上，隨著基座的上移與樹脂槽完成分離，為下一層的樹脂固化做準(zhǔn)備。已固化的樹脂能否粘附在基座上，將直接決定著成型件能否順利成型。軟件部分將圖像信息傳遞給投影機(jī)產(chǎn)生投影光，投影光透過樹脂槽照射到液態(tài)樹脂表面，液態(tài)樹脂吸收的光能量E達(dá)到固化所需的能量閾值Ec時(shí)會(huì)聚合為固態(tài)。
成型件加工剛開始時(shí)，基座與樹脂槽底部的間隙必須足夠小，以保證這個(gè)間隙內(nèi)部的樹脂可以完全固化并粘附在基座底部，完成與樹脂槽的分離。倘若起初的固化樹脂未能全部粘附在基座上，會(huì)造成成型件的加工失敗。目前控制基座與樹脂槽間隙的裝置及方法較為復(fù)雜，大都是通過在Z軸滑臺(tái)底部或者頂部安裝傳感器來精確控制基座的位置，從而實(shí)現(xiàn)精確控制基座與樹脂槽的間隙。上述方法可行的前提是傳感器安裝位置必須精確，同時(shí)還需要保證樹脂槽底部鋼化玻璃的加工精度。如果傳感器位置安裝不精確，或者鋼化玻璃厚度不一致，會(huì)造成兩種結(jié)果。一是會(huì)造成基座與樹脂槽的間隙過大。二是基座與樹脂槽接觸后，仍然向下移動(dòng)，破壞樹脂槽。上述兩種結(jié)果都會(huì)造成成型件的加工失敗。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙控制的裝置，可以保證該間隙內(nèi)部的液態(tài)樹脂完全固化并粘附在基座上，從而保證成型件的順利加工，該裝置具有簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還提供一種DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙控制的方法，通過控制樹脂槽與基座之間的壓力值，可輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)基座與樹脂槽間隙的控制。
本發(fā)明還提供一種DLP光固化3D打印機(jī)的固化方法，通過對(duì)基座和樹脂槽間隙的控制，可以更好的進(jìn)行固化，提高成型件的加工成功率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙控制的裝置，包括工作臺(tái)，所述工作臺(tái)下方設(shè)置DLP投影機(jī)，DLP投影機(jī)向上投影；所述工作臺(tái)上部固定樹脂槽，所述樹脂槽內(nèi)裝有樹脂；所述工作臺(tái)上還固定Z軸滑臺(tái)，Z軸滑臺(tái)與延伸至樹脂槽內(nèi)部的基座連接，所述基座上固定壓力傳感器，所述DLP投影機(jī)、壓力傳感器和Z軸滑臺(tái)均與控制器連接；
控制器控制Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿豎直方向向下移動(dòng)，壓力傳感器檢測(cè)基座受到的壓力值，若壓力值小于設(shè)定壓力值，Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座繼續(xù)向下移動(dòng)；若壓力值大于或等于設(shè)定壓力值，基座停止移動(dòng)。通過控制器和壓力傳感器監(jiān)測(cè)基座和樹脂槽間的壓力，可以精確控制基座和樹脂槽間的間隙，固化樹脂可以很好的粘附在基座上，從而能保證成型件的加工成功率。
優(yōu)選的，所述樹脂槽內(nèi)底面敷設(shè)有薄膜。使基座和樹脂槽之間不直接接觸，樹脂固化后與樹脂槽分離更加容易。
進(jìn)一步優(yōu)選的，所述薄膜為特氟龍膜。特氟龍膜是一種摩擦系數(shù)極低的薄膜，貼敷在硅膠表面，可使固化的樹脂與樹脂槽輕松分離。
所述樹脂槽的內(nèi)底面為透明材質(zhì)制成，所述工作臺(tái)對(duì)應(yīng)樹脂槽位置處設(shè)有供投影光穿過的通孔。使DLP投影機(jī)的投影光可以順暢透過工作臺(tái)和樹脂槽照射到樹脂表面，對(duì)樹脂進(jìn)行固化。
所述透明材質(zhì)為鋼化玻璃。既能保證投影光的順利透過，又能保證樹脂槽自身的強(qiáng)度。
優(yōu)選的，所述薄膜通過硅膠粘結(jié)于樹脂槽內(nèi)底面。通過硅膠可以使薄膜很好的粘于樹脂槽內(nèi)底面；硅膠透明，不妨礙投影光的透射；硅膠還具有彈性，可防止基座向下移動(dòng)時(shí)破壞樹脂槽內(nèi)底面，還能給基座提供壓力，輔助控制基座和樹脂槽的間隙達(dá)到設(shè)定要求。
優(yōu)選的，所述壓力傳感器設(shè)置于Z軸滑臺(tái)和基座之間，所述壓力傳感器一端固定在Z軸滑臺(tái)上，壓力傳感器另一端固定于基座上。Z軸滑臺(tái)通過壓力傳感器帶動(dòng)基座上下移動(dòng)，壓力傳感器與基座同時(shí)動(dòng)作，可以更準(zhǔn)確的檢測(cè)基座受到的壓力值。
所述樹脂是液態(tài)光敏樹脂。液態(tài)光敏樹脂在照射下立刻引起聚合反應(yīng)，完成固化，對(duì)其的固化簡(jiǎn)單，容易控制。
DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙控制的方法，包括以下步驟：
(1)：控制器控制Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿豎直方向向上移動(dòng)設(shè)定距離，使基座與樹脂槽完全分離；
(2)：Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿豎直方向向下移動(dòng)，壓力傳感器檢測(cè)基座所受壓力值；
若壓力值小于設(shè)定壓力值，Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座繼續(xù)向下移動(dòng)；
若壓力值大于或等于設(shè)定壓力值，基座停止移動(dòng)。
DLP光固化3D打印機(jī)的固化方法，包括以下步驟：
(1)：控制器控制Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿豎直方向向上移動(dòng)設(shè)定距離，使基座與樹脂槽完全分離；
(2)：Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿豎直方向向下移動(dòng)，壓力傳感器檢測(cè)基座所受壓力值；
若壓力值小于設(shè)定壓力值，Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座繼續(xù)向下移動(dòng)；
若壓力值大于或等于設(shè)定壓力值，基座停止移動(dòng)；
(3)：DLP投影機(jī)的投影光透過樹脂槽照射至樹脂表面，樹脂固化后粘附于基座上；
(4)：Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿豎直方向向上移動(dòng)設(shè)定距離，使固化的樹脂與樹脂槽完全分離。
本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明的DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙的控制方法簡(jiǎn)單、可靠性高，通過控制樹脂槽內(nèi)底面與基座之間的壓力值，可輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)基座與樹脂槽間隙的控制，保證了基座與樹脂槽之間的間隙滿足固化的樹脂完全粘附在基座上的要求，解決了加工過程中基座與樹脂槽之間的間隙難以控制，導(dǎo)致成型件加工失敗的問題。
附圖說明
圖1為DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙控制的裝置原理圖；
圖中，1、拉壓傳感器，2、基座，3、光敏樹脂，4、特氟龍膜，5、鋼化玻璃，6、工作臺(tái)，7、DLP投影機(jī)，8、Z軸滑臺(tái)，9、已固化的樹脂，10、硅膠涂層，11、控制板卡。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖1所示，DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙控制的裝置，包括：安裝在工作臺(tái)6下方的DLP投影機(jī)7，DLP投影機(jī)7向上投影；在工作臺(tái)6的上方固定有樹脂槽，樹脂槽內(nèi)裝有光敏樹脂3，樹脂槽內(nèi)底面為鋼化玻璃5制成，硅膠涂層10均勻的涂覆在鋼化玻璃5上表面，薄膜(本實(shí)施例中采用特氟龍膜4)貼敷在硅膠涂層10表面，DLP投影機(jī)7的投影光透過樹脂槽照射到光敏樹脂3表面；鋼化玻璃5是一種高強(qiáng)度、透明的玻璃；硅膠涂層10是一種透明的、具有彈性的化學(xué)材料，均勻的涂覆在鋼化玻璃表面；特氟龍膜4是一種摩擦系數(shù)極低的薄膜，貼敷在硅膠表面，可使固化的樹脂與樹脂槽輕松分離。
基座2的壓力通過壓力傳感器檢測(cè)，本實(shí)施例中選用拉壓傳感器1，拉壓傳感器1一端與Z軸滑臺(tái)8連接，另一端與基座2連接，拉壓傳感器1是一種將物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置，拉壓傳感器1可以實(shí)時(shí)測(cè)量基座所受到的拉力或者壓力。Z軸滑臺(tái)8是一種可帶動(dòng)基座沿豎直方向上下移動(dòng)的裝置?；?是一種黏附成型件的裝置，固化后的樹脂粘附在基座上，隨著基座的上移與樹脂槽完成分離，為下一層的樹脂固化做準(zhǔn)備。
DLP投影機(jī)7、Z軸滑臺(tái)8、拉壓傳感器1均與控制器連接，本實(shí)施例中控制器選用控制板卡11?？刂瓢蹇?1包括投影機(jī)控制模塊、Z軸滑臺(tái)控制模塊、拉壓力數(shù)據(jù)采集模塊。投影機(jī)控制模塊通過視頻線控制投影機(jī)圖像的顯示，Z軸滑臺(tái)控制模塊可控制Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿著豎直方向上下移動(dòng)，拉壓力數(shù)據(jù)采集模塊可實(shí)時(shí)讀取拉壓傳感器返回的拉壓力數(shù)值。
控制板卡11控制Z軸滑臺(tái)8可帶動(dòng)基座2在樹脂槽內(nèi)部沿豎直方向上下運(yùn)動(dòng)，控制板卡11可實(shí)時(shí)采集拉壓傳感器1測(cè)到的拉壓力值；當(dāng)基座2所受到的壓力等于或者大于設(shè)定的壓力值時(shí)，基座2停止向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)基座2與樹脂槽之間的間隙可滿足固化樹脂完全黏附到基座2上。
DLP 3D打印機(jī)加工開始時(shí)，控制板卡控制Z軸滑臺(tái)使基座沿豎直方向向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)基座與樹脂槽底部的特氟龍膜相接觸時(shí)，由于樹脂槽鋼化玻璃表面與特氟龍膜之間的硅膠涂層具有彈性，可防止基座向下移動(dòng)時(shí)破壞鋼化玻璃，同時(shí)硅膠會(huì)對(duì)基座施加壓力，上述壓力值會(huì)隨著基座與硅膠之間間隙的變小而增大，當(dāng)控制板卡采集到的壓力值達(dá)到預(yù)設(shè)的值時(shí)，基座停止向下運(yùn)動(dòng)。通過調(diào)節(jié)壓力的預(yù)設(shè)值可調(diào)節(jié)基座與硅膠之間間隙的大小。隨后DLP投影機(jī)的投影光透過樹脂槽照射到間隙內(nèi)部的液態(tài)樹脂，并使之完全固化。待間隙內(nèi)的液態(tài)樹脂完全固化后，Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座向上移動(dòng)一定的距離，使固化的樹脂與鋼化玻璃表面的特氟龍膜完全分離。
本發(fā)明通過調(diào)節(jié)基座受到的壓力值可實(shí)現(xiàn)對(duì)基座與樹脂槽間隙的控制；具有能保證基座與樹脂槽的間隙滿足固化的樹脂完全粘附在基座上的優(yōu)點(diǎn)。
DLP光固化3D打印機(jī)的工作方法，包括如下步驟：
步驟(1)：設(shè)定目標(biāo)壓力值，可控制基座與樹脂槽之間的間隙的大小。
步驟(2)：在成型件加工開始時(shí)，控制板卡控制Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿著豎直方向向上移動(dòng)一定的距離，使基座與樹脂槽完全分離，隨后Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座沿著豎直方向向下慢速移動(dòng)，使基座與樹脂槽表面的特氟龍膜慢慢接觸，同時(shí)拉壓傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量基座所受到的壓力，并將將壓力反饋到控制板卡：
如果控制板卡采集到的壓力值小于步驟(1)中設(shè)定的壓力值，Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座繼續(xù)沿著豎直方向向下運(yùn)動(dòng)；
如果控制板卡采集到的壓力值大于或等于步驟(1)中設(shè)定的壓力值，基座停止向下運(yùn)動(dòng)。
步驟(3)：DLP投影機(jī)投射出的投影光透過鋼化玻璃照射到基座與特氟龍膜間隙內(nèi)的液態(tài)樹脂上，使其完全固化，固化的樹脂粘附在基座上，Z軸滑臺(tái)帶動(dòng)基座向上移動(dòng)一定的距離，使固化的樹脂完全與特氟龍膜分離。
本發(fā)明的DLP光固化3D打印機(jī)基座與樹脂槽間隙控制的裝置，具體工作過程如下：
在成型件加工開始時(shí)，控制板卡11控制Z軸滑臺(tái)8帶動(dòng)基座2沿著豎直方向向上移動(dòng)一定的距離，保證基座與樹脂槽底部的特氟龍膜4完全分離；
控制板卡11控制Z軸滑臺(tái)8帶動(dòng)基座2沿著豎直方向向下慢速移動(dòng)，使基座逐漸靠近特氟龍膜4；
在基座2向下移動(dòng)的過程中，拉壓傳感器1實(shí)時(shí)測(cè)量基座2所受到的壓力，并將壓力值反饋到控制板卡11；
控制板卡11首先判斷拉壓傳感器1測(cè)量到壓力值是否等于壓力的設(shè)定值，若測(cè)量到的壓力值小于設(shè)定值，控制板卡11控制Z軸滑臺(tái)8帶動(dòng)基座2繼續(xù)向下移動(dòng)，直到拉壓傳感器1測(cè)到的壓力值達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)測(cè)量值達(dá)到設(shè)定值后，控制板卡11控制基座2停止向下運(yùn)動(dòng)，隨后通過視頻線控制DLP投影機(jī)7投射成型件的加工圖像，投影光透過樹脂槽底部，照射到液態(tài)光敏樹脂3表面，實(shí)現(xiàn)樹脂的固化。固化完成后，基座2沿著樹脂方向向上移動(dòng)使固化的樹脂與特氟龍膜4分離。
上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。